储能电站 预制舱在线监测系统 管道吸气式 火灾极早期微粒子预警系统

1.1行业痛点
国家电网是全国能源供给核心，电力系统的安全运行关乎全国经济安全，是新常态国家安全的重要组成部分。电力核心系统，尤其是变电站及电缆隧道等核心要害设备的消防预警是关系到国计民生的大问题，也是当前着力防范化解重大风险，保持经济持续健康发展社会大局稳定工作的重要组成部分。
近年来，电力系统消防事故频发，并有逐年上升的趋势，给企业带来巨大的经济损失与严重的社会影响。
**18 年 4 月 7 日，国家电网公司±800 千伏天山换流站极 I 高端 Y/D-B 相换流变突发故障，引发设备着火，造成部分设备烧损。
**18 年 6 月 2 日，国家电网有限公司±800 千伏宜宾换流站极Ⅱ低端 Y/Y-A相换流变突发故障着火，造成该换流变烧损。
**18 年 6 月 17 日，国电投朝阳燕山湖发电有限公司正常运行中启备变区域、
2 号高厂变区域冒烟着火，造成 2 号机组解列，2 号高厂变、启备变及部分设备受损。
**18 年 3 月 23 日，国家能源集团元宝山发电有限责任公司发生火灾事故。
#2 机组超低排放改造过程中，脱硫吸收塔发生火灾。
而电力系统火灾不同于其他的火灾,具有破坏性大、火势蔓延快的特点。着火后电力设备可能仍带电，因电气绝缘损坏或带电线缆断落接地，在一定范围内存在跨步电压和接触压，极易引起触电事故，且部分电气设备内部充有大量油（如变压器、电压互感器等），着火后可能发生喷油、爆炸等，一旦电力系统着火，灭火处置难度极大。因此，对于电力系统的消防隐患提前发现、提前预警比事发后灭火要重要得多。
目前储能电站安全监测分为电池本体监测及非电池本体隐患监测。对于电池本体监测，目前使用较为广泛的为电池管理系统（BMS），BMS 通过对电池的数据采集、状态估计、安全管理等，保证储能电池的运行稳定。
对于除电池本体外的电气设备火灾预警，常使用烟感探测器、温度探测和电磁波探测等常规的探测系统进行保护。这种技术保护不全面，属于发生火灾报警装置，不能满足对储能技术要求，新一代智能电力极早期火灾预警系统，监测配电系统

内前期内部空气中粒子采集监测、预警、分析判断、显示、联动等多功能监控，将彻底解决了消除电气安全隐患。
1.2政策依据
1.2.1国家电网相关政策
国家电网公司历来高度重视消防工作。**17 年公司安质部下发了《国家电网公司关于印发国家电网公司电气火灾综合治理工作方案的通知》（国家电网安质〔**17〕 449 号），运检部下发了《国网运检部关于印发输变配设备设施电气火灾综合治理工作方案的通知》（运检技术〔**17〕81 号），组织各单位开展了为期三年的电气火灾隐患排查治理工作。近期针对天山换流站火灾事故，运检部又下发了《国家电网公司关于进一步加强电气火灾综合治理工作的通知》（国家电网运检〔**18〕3**号）等三项文件，要求各单位进一步强化变电站（换流站）火灾隐患排查。
****年 5 月设备部再次下发文件：《国网设备部关于进一步加快变电站消防隐患治理和消防能力提升的通知》（设备变电（****）30 号），并并明确提出 “提高火灾初期监测预警能力，推广应用极早期火灾探测器等实用高效的新技术、新装备”。
**21 年 7 月 15 日，国家发展改革委、国家能源局》发布了发改能源规《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，文件明确要求中：
“强化消防安全管理，加强组件和系统运行状态在线监测，有效提升安全运
行水平。”
**22 年 5 月 25 日，国家能源局官网发布《国家能源局综合司关于加强电化学储能电站安全管理的通知》中强调：
“规范信息报送，积极配合参与电化学储能电站安全监测信息平台建设，按
照有关规定报送电池安全性能、电站安全运行状态、隐患排查治理、风险管控和事故事件等安全生产信息，提升电站信息化管理水平。”
**22 年 8 月 29 日，工信部、财政部等五部门组织编制《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》中提出：
“大幅提升电化学储能装备的可靠性，加快压缩空气储能、飞轮储能装备的
研制，研发储能电站消防安全多级保障技术和装备。研发储能电池及系统的在线检测、状态预测和极早期预警技术系统。”

1.2.2政策导向
为贯彻国家有关规定和要求，在编制此任务书时依据和参照下列规范、标准、文件和资料：
●《电力设备典型消防规程》DL5027-2015
●《火力发电厂与变电所设计防火规范》GB50229-2006
●《中华人民共和国消防法》
●《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013
●《电气火灾监控系统设计规范》GB14287-2014
●《建筑设计防火规范》GB50016-2014
●《火灾自动报警系统施工及验收规范》 GB50166-2007
●《火灾报警控制器》GB4717-2005
●《消防联动控制系统》GB16806-2006
●《消防控制室通用技术要求》GB25506-2010
●《智能配电热解粒子感知预警系统》 T/CASME 928—2023

2.项目概述

2.1建设目标
本项目拟通过对****项目中**MWH 储能站配置（吸气式）热解粒子探测器，设计并实施具备在线监测、诊断及火灾预警功能的系统及装置。系统应采用主动探测方式，对储能电池预制舱内火灾早期产生的微粒子与特征气体进行感知与分析，实现对电池预制舱内电池本体热失控、电气设备(包括材料、电缆、接头)过热及放电等安全隐患的在线监测、诊断及预警，有效预防储能电站的运行安全及火灾风险。
2.2项目信息
****项目储能电站规模总容量**mwh，共计**个电池预制舱。
项目储能单元采用非步入式液冷磷酸铁锂预制舱，同时为变流升压一体机式设计，因此结合储能单元的设计构造，本项目按照预警装置与电池预制舱 1：

1 数量配置，拟安装**套（吸气式）热解粒子探测器。
2.3方案介绍
针对本次项目，由夏众科技自主研发的储能电站主动式安全在线监测极早期预警系统，能补足现有技术的空缺，提高系统的整体安全可靠性，参与环境安全评估，提升储能电站运维的整体安全效率。系统的主要功能如下：
（1）电池本体热失控预警：采用先进的激光技术，采集纳米微粒子和特征气体探测技术，结合电池本体关键参数融合分析，通过 AI 算法，实现电池热失控早期预警；
（2）非电池本体隐患监测：对设备、线缆的过热或放电隐患、电池接头等接触不良而产生的纳米粒子进行灵敏探测,保证电池外部设备及运行环境的安全；
（3）主动式在线监测：采取主动采样的方式，比传统点式响应速度更快。
（4）环境温度监测：采集舱体内环境温度状态，当超设置温度阀值时，结合粒子、气体探测器，多维 AI 算法综合研判，准确发出告警信息。
（5）多级预警功能：五级告警输出，分别是（示警、预警、巡警、火警 1、火警 2）。
（6）可扩展多种气体超限告警：一氧化碳、氢气
（7）自诊断功能：监测气流/风速状态、传感器故障告警功能
（8）防误报：采用过滤器，防水雾、灰尘装置。
（8）管道自清洁：管道自清洁装置，定期或不定期清洁管道
2.4主要创新点
1.探测:探测器通过采样方式获取空气中的气体粒子。采样方式可以是主动式，主动式是通过向空气中吹入空气流来获取气体粒子，被动式则是通过空气的自然流动来获取。探测器内部通常装有过滤器，以去除空气中的尘埃和其他水雾杂质，保证探测的准确性。
2.热解:探测器内部的热解装置将采集到的气体加热到高温，使其发生热解反应，进一步将气体分解成更小的分子或原子。这一步的目的是为了更好地识别和检测气体中的热解气体粒子。
3.多维 AI 算法研判分析:内部的成分分析仪对热解后的气体进行成分分析。通过激光光谱分析、色谱分析或质谱分析、温、湿度、气体等传感器，确定气体中是否存在可燃性或有毒性气体，以及其浓度。
4.预警与报警:根据成分分析的结果，探测器判断是否达到预设的预警或报警条件。如果达到预警条件，探测器会发出声光预警信号，提示可能存在火灾隐患;如果达到报警条件，探测器会发出火灾报警信号，并联动消防系统进行灭火等应急处置。
5、综合研判分析：由于现阶段的预制舱体结构防护以及排风性能的提高，传统
感温感烟探测器，仅仅能在发生火灾后，发出告警信息。BMS 和气体探测在灵敏度和误报率上受到局限，同时无法对外部电气设备火灾进行监测，因而储能电站传统状态监测以及告警设备均无法实现储能系统整体有效在线监测预警。
储能电站主动式安全在线监测极早期预警系统，采用了主动探测的采样方式，结合隐患早期微粒子探测技术与气体监测、环境温度通过 AI 算法研判分析，能够同时预警外部电气与内部电池隐患，极大保障储能电站安全运行，有效避免储能热隐患事故的发生。

3.技术原理

电池储能系统出现安全隐患甚至造成火灾、爆炸等事故，其主要的原因可分为电池本体热失控和非电池本体的外部隐患，这两种隐患均包含有多种特征参量，如图 3-1 所示。 3.1电池本体热失控预警原理
在电池热失控发生的早期阶段，电池内部温度升高，产生大量微颗粒，同时，

负极与粘结剂发生反应产生大量气体，导致电池出现鼓包、冲开安全阀，此时产生的气体与微颗粒大量喷出，根据大量实验研究发现，H2、CO 等可燃气体可作为热失控预警的特征气体，微颗粒浓度的升高也可以作为判断热失控发生的依据之一，此时若能监测到这种微观参量的变化，并进行告警干预，即可实现电池热失控的早期预警。
3.2非电池本体的外部隐患预警原理
对于非电池本体的外部隐患，主要可以概括为设备、电缆、接头过热，或电气设备绝缘缺陷放电。对于设备、电缆、接头、材料等过热来说，物质由于超温会导致分子间结构崩溃，发生热劣解效应，产生大量的纳米微粒子及 CO 气体；同时，电气设备发生放电会导致局部高温，同样能造成绝缘材料发生热劣解，产生纳米微粒子及 CO。因此，通过对纳米微粒子及 CO 这两种参量的监测，可提前 12h 以上对非电池本体的外部物质过热隐患进行预警，可提前 24h 以上对电气设备放电进行预警，预留充足的处置消缺时间，避免隐患导致的重大安全事故的发生。